up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله الکترون PDF
QR code - الکترون

الکترون

ذره بنيادي پايداري با بار الکتريکي منفي ۱.۶۰۲X۱۰ ۱۹ کولن و جرم در حال سکون ۹.۱۰۹X۱۰ ۳۱ کيلوگرم. الکترونها در همه اتمها حضور دارند و در لايه هاي خاصي به دور هسته اتم مي چرخند.
● سير تحولي و رشد
در نظريه هاي دالتون و و نظريه هاي يونانيان ، اتمها کوچکترين اجزاي ممکن ماده بودند. اما در اواخر سده نوزدهم کم کم معلوم شد که اتم خود از ذراتي کوچکتر ترکيب يافته است. اين تغيير ديدگاه ، نتيجه آزمايشهايي بود که با الکتريسيته به عمل آمد. در ۱۸۰۷ ۱۸۰۸ شيميدان انگليسي همفري ديوي با تجزيه مواد مرکب توسط الکتريسيته ، پنج عنصر پتاسيم ، سديم ، کلسيم ، استرونسيم و باريم را کشف کرد و ديوي با اين کار به اين نتيجه رسيد که عناصر با جاذبه هايي که ماهيتا الکتريکي هستند بهم وصل مي شوند.
در سال ۱۸۳۳ ۱۸۳۲ مايکل فارادي مجموعه آزمايشهاي مهمي در زمينه برقکافت شيميايي انجام داد. در فرآيند برقکافت ، مواد مرکب بوسيله الکتريسيته تجزيه مي شوند. فارادي رابطه بين مقدار الکتريسيته مصرف شده و مقدار ماده مرکب تجزيه شده را بررسي کرد و فرمول قوانين برقکافت را بدست آورد. بر مبناي کار فارادي ، جرج جانستون استوني در سال ۱۸۷۴ به طرح اين مسأله پرداخت که: واحدهاي بار الکتريکي با اتمها پيوستگي دارند. او در سال ۱۸۹۱ اين واحد را الکترون ناميد.
در سالهاي پاياني سده نوزدهم ميلادي بيشتر فيزيکدانان به اين باور رسيدند که الکتريسته به دو صورت ظاهر مي شود: يکي به صورت الکترون با جرم ۹.۱۰۹۵۳۴X۱۰ ۳۱ کيلو گرم و بار منفي ۱.۶۰۲X۱۰ ۱۹ کولن و ديگري به صورت پروتون با جرم ۱.۶۷۲۶۲۳X۱۰ ۲۷ کيلو گرم و بار ۱.۶۰۲۱۷۷X ۱۹ اعتقاد بر اين بود که اتمها (و در نتيجه مولکولها) از ترکيب الکترونها و پروتونها شکل مي گيرد. در اوايل دهه ۱۹۳۰ معلوم شد که همه اتمها (بجز هيدروژن) از پروتونهاي مثبت و نوترونهاي خنثي و با جرم ۱.۶۷۵X۱۰ ۲۷ و بدون بار الکتريکي مثبت تشکيل مي شود. همچنيني کشف شد که الکترون مثبت (يا پوزيترون) نيز با جرمي برابر با جرم الکترون و باري برابر با بار الکترون ولي با علامت مثبت (دست کم به صورت لحظه اي) وجود دارد.
● ساختار اتم الکتروني
چنانچه گفته شد اتمها از ترکيب الکترونها و پروتونها شکل گرفته اند و هسته اتمها نيز از پروتونهاي مثبت و نوترونهاي خنثي تشکيل شده است. به اين ترتيب ، اتم خنثي هسته اي با بار مثبت دارد که با الکترونهاي (منفي) احاطه شده است. اندازه هسته در هر اتم از مرتبه حدود ۱۰ ۱ اندازه اتم است. بقيه حجم اتم را الکترونهاي مداري در اشغال خود دارند.
● انتقال الکترونها
در رساناي الکتريسته (که معمولا از جنس فلزند) ، مسيرهايي براي انتقال سريع الکترونها وجود دارد. يونها (اتمها و مولکولهاي با بار الکتريکي مثبت يا منفي در محلولها) نيز مي توانند رساننده الکتريسته باشند. الکتريسته مي تواند در هوا يا گازهاي ديگر نيز منتقل شود، اين انتقال يا به صورت جرقه اي است که چشمه اي با ولتاژ زياد (چند هزار ولت به ازاي هر سانتيمتر فاصله) آن را در فشار جو بوجود مي آورد. و يا در فشار کم نظير آنچه در لامپهاي نئوني روي مي دهد به صورت تخليه الکتريکي است.
● گسيل الکترون
فلزات داغ الکترونهاي فراواني گسيل مي کنند که آنها را مي توان در خلأ خوب به صورت پرتوهاي کاتدي شتاب داد. اين پرتوهاي توليد شده در لامپ کاتدي را مي توان به کمک ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي فلوئورتاب کانوني کرد. لامپهايي که بر اين اساس کار مي کنند در ميکروسکوپهاي الکتروني ، صفحه هاي نمايشي رايانه ها و همچنين در تلويزيونها کاربرد دارد.
بر اثر کوششهايي که براي عبور جريان برق در خلا به عمل آمد ، يوليوس پلوکر در ۱۸۵۹ پرتوهاي کاتدي را کشف کرد. موضوع از اين قرار بود که دو الکترود در يک لوله شيشه اي وارد کردند و پس از مسدود کردن لوله ، هواي آنرا تقريبا بطور کامل بيرون کشيدند. وقتي يک ولتاژ زياد بين دو الکترود برقرار گرديد، از الکترود منفي که کاتد ناميده مي شود پرتوهايي گسيل يافت. اين پرتوها بار منفي دارند، بر خط راست سير مي کنند و بر ديواره مقابل کاتد موجب تلألو مي شوند. لامپهاي تصويري که در صفحه تلويزيون و صفحه نمايشهاي کامپيوتري بکار مي روند. لوله هاي پرتو کاتدي جديدي هستند، در اين لامپها پرتوها بر صفحه اي متمرکز مي شوند. اين صفحه با موادي پوشيده شده که هنگام برخورد با تابش پرتوها درخشش ايجاد مي کنند.
در اواخر سده نوزدهم ، پرتوهاي کاتدي بطور وسيعي مورد بررسي قرار گرفت. آزمايشهاي متعدد دانشمندان به اين نتيجه انجاميد که پرتوهاي مذکور جرياني از ذرات بار دار منفي است که حرکتي سريع دارند. اين ذرات همانطور که استوني پيشنهاد کرده بود الکترون ناميده شد. اين الکترونها که از فلز کاتد ناشي مي شوند همواره يکسانند و به جنس فلز بستگي ندارند. چون بارهاي ناهمنام يکديگر را جذب مي کنند، جريان الکترونهايي که پرتوي کاتدي را بوجود مي آورند هرگاه از ميان دو صفحه با بارهاي مخالف بگذرند به طرف صفحه اي که بار مثبت دارد کشيده مي شوند. بنابراين پرتوهاي کاتدي در يک ميدان الکتريکي از مسير عادي مستقيم خود منحرف مي شوند. درجه اين اختلاف به دو عامل بستگي دارد:
انحراف بطور مستقيم با اندازه بار ذره تغيير مي کند. ذره اي که بار بيشتري دارد بيشتر از ذره اي که بار کمتري دارد منحرف مي شود.
انحراف بطور معکوس با جرم ذره تغيير مي کند. ذره اي با جرم بزرگتر کمتر از ذره اي با جرم کوچکتر منحرف مي شود.
●● انواع الکترونها
الکترون آزاد
الکتروني که از اتم جدا شده و به آن بستگي ندارد. الکترونهاي بيروني ترين لايه هاي اتمهاي فلزات بستگي کمتري نسبت به اتمهاي خود دارند و با گرفتن انرژي کوچکي از اين اتمها کنده مي شوند و به شکل توده اي از ابر يا گاز ، شبکه هاي اتمي فلزات را در بر مي گيرند. هنگامي که الکترونهاي آزاد در ميدان الکتريکي قرار گيرند، جريان الکتريکي بوجود مي آيد.
الکترون اوژه
الکترون اوژه نوعي الکترون آزاد است که از اتم يا يون گسيل مي شود. الکترون اوژه از بازآرايي الکترونهاي مقيد از اتم يا يون اوليه سرچشمه مي گيرد. اين بازآيي از واکنش الکترون الکترون که مولد نيروي دافعه است و مي تواند بر نيروي جاذبه ناشي از برهمکنش الکترون هسته فايق آيد، صورت مي گيرد. با آن همه بازآيي ياد شده تنها هنگامي مي تواند رخ دهد که حداقل جاي يک الکترون در تراز انرژي معين اتم يا يون اوليه خاصي باشد و در تراز با انرژي بيشتر از انرژي تهي جا حداقل دو الکترون وجود داشته باشد، يکي از الکترونهاي تراز بالاتر به تراز داراي تهي جا سقوط مي کند و الکترون ديگر به صورت الکترون آزاد از اتم خارج مي شود.
الکترون ظرفيت يا الکترون والانس
هر يک از الکترونهاي لايه خارجي اتم که در ايجاد پيوندهاي شيميايي شرکت مي کنند.
الکترون رسانش
اتمهاي هر فلزي با پيوندهاي کووالانسي که راستاي کاملا مشخص ندارند و ميان چندين اتم پخش شده اند، به همديگر مقيد هستند. بنابراين الکترونهايي که قيدشان در ضعيفترين حد است (الکترون ظرفيت) مي توانند در سراسر فلز حرکت کنند. اين الکترونهاي متحرک که الکترون رسانش ناميده مي شود در خواص الکتروني و انتقال گرما در فلزها دخالت دارد.
▪ مدل گاز آزاد فرمي: براي فلزهاي ساده مانند (pb , TI , In , GA , Al , Ba , Sr, Ca , Mg , Be , Rb , Cs , Ka , Na , Li) سهم الکترون رسانش در رسانندگي گازي از فرميونها بدون برهمکنش و با چشم پوشي از انرژي پتانسيل ناشي از بخش مرکزي يونها ، مي توان محاسبه کرد. در اين مدل ، انرژي مجاز الکترونهاي رسانشي پيوسته اند و در انرژي فرمي f با يک سطح کروي فردي روبرو هستيم.
▪ خواص الکتروني: وقتي يک ميدان الکتريکي خارجي به فلز اعمال مي شود الکترونهاي رسانش شروع به شتاب گرفتن مي کنند. اما برخورد اين الکترونها با ناخالصيها به فوتونها ، ناکامليهاي شبکه ، حرکتشان را کند مي کند، اين فرآيند منجر به حالتي مانا مي شوند که در آن سرعت سوق براي الکترون رسانش عبارت است از: v = eET m
که در آن e بار الکترون ، E ميدان الکتريکي ، T زمان ميانگين بين برخورد (يا زمان واهلش) و m جرم الکترون است.
▪ سرعت سوق الکترون: ميانگين سرعتي که با آن الکترونها يا يونها ، بر اثر ميدان الکتريکي در ماده اي رسانا يا نيم رسانا جابجا مي شوند. نيم رساناهاي خالص و آلاييده داراي حاملهاي (الکترونها و حفره هاي رسانش) آزادي هستند که تحت تأثير ميدان الکتريکي ممکن است در داخل جسم جابجا شوند. تعداد الکترونها و حفره ها به جنس نيم رسانا و ميزان و نوع آلايش و دماي آن بستگي دارد. اما در هر نيم رساناي قابل استفاده اين تعداد معمولا بين ۱۰۲۲ تا ۱۰۲۶ الکترون يا حفره در هر متر مکعب است. در غياب ميدان الکتريکي اين حاملها در جهت کاتوره اي در جسم حرکت مي کنند و بنابراين جريان الکتريکي خالص بوجود نمي آورند.
هر گاه ميدان الکتريکي برقرار شود، بر حاملها نيروي الکتريکي وارد مي شود و در جهت نيرو به آنها شتاب داده مي شود، که اين امر به ايجاد جريان الکتريکي مي انجامد. اما حاملها با اتمها و نقص بلور ، مانند ناخالصيها و دررفتگيها نيز برهمکنش و برخورد نيز دارند و اين برخوردها سبب ميشوند سرعت الکترون کاتوره اي شود. به اين ترتيب الکترونها و حفره ها در جهت نيروي الکتريکي داراي سرعت متوسطي هستند. و اين سرعت متوسط يا سرعت سوق با توازن بين نيروي الکتريکي در زمان T فاصله زماني ميانگين بين برخوردها مشخص مي شود.
سرعت برخورد برابر است با Vp = eTE m که در آن ، E ميدان الکتريکي اعمال شده بر حسب ولتمتر را ، e بار الکترون و *m جرم مؤثر حامل است.
● اسپين الکترون
اسپين يکي از ويژگيهاي دروني ذرات است. اسپين خاصيتي است که به غير صفر بودن تکانه زاويه اي ذره ساکن مربوط مي شود، اينکه الکترونها داراي اسپين هستند از اهميت خاصي برخوردار است. اسپين الکترون در شيمي و در جنبه هايي از رفتار ماده معمولي ، بويژه در پديده هاي مغناطيسي نقش اساسي ايفا مي کند. الکترون حامل اسپين ۲ ۱ هسته و اين بدان معني است که براي الکترون ساکن اندازه گيري تکانه زاويهاي نسبت به يک محور مفروض به يکي از دو نتيجه ممکن مي انجامد ۲۹۵= h ثابت کاهيده پلانک است.
اسپين الکترون دو پيامد نيزديکي دارد: يکي اينکه الکترونها را به صورت آهنربايي ميکروسکوپيکي در مي آورد، که هم ميدان مغناطيسي توليد مي کنند و هم در برابر ميدان مغناطيسي واکنش نشان مي دهند. ديگر اينکه يک درجه آزادي داخلي نمي توانند حالت کوانتمي يکسان داشته باشند و اين خاصيتي است به فرميون بودن الکترونها مربوط مي شود.
● پراش الکترون
فيزيک کلاسيک ، الکترونها را ذراتي در نظر مي گيرد با جرم و بار معين ، برهمکنش الکترون با ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي را مي توان بر حسب حرکت ذره توضيح داد. آزمايشهاي اوليه با لامپ پرتوي کاتودي که باريکه الکترون را فراهم مي آورد، نشان داد که اجسام کوچکي که در لامپ قرار داده شوند روي پرده فسفري سايه واضح مي اندازند. اين آزمايش با تصوير کلاسيکي الکترون به صورت ذره کاملا سازگار است.
طول موج دوبروي الکتروني با انرژي ۱۰۰۰۰v يعني الکتروني که با پتانسيل ۱۰۰۰v شتاب گرفته باشد، برابر ۴X۱۰ متر است. چون اين مقدار بسيار کوچکتر از اندازه جسم است، اثر پراش بسيار کوچکتر از آن است که ديده شود. بلافاصله بعد از اينکه دوبروي اظهار نظر کرد که ماده بايد خواص موجي از خود نشان دهد، والتر الساسر اعلام کرد که پراش الکترونها بايد در سطح بلور قابل مشاهده باشد.

مفهوم دولت الکترونيک در سالهاي اخير به دليل تاثير مهم آن بر جنبه هاي مختلف زندگي انسان مورد توجه زيادي قرار گرفته است. دولت الکترونيک، يک دولت ديجيتال ...

الکترون در اتم ، علاوه بر اين که تحت تاثير نيروي جاذبه هسته ، به دور آن مي چرخد، داراي يک حرکت چرخشي به دور خود نيز مي باشد. اين نوع چرخش را اصطلاحا ا ...

الکترونگاتيويته ، ميزان توانايي نسبي يک اتم در يک مولکول براي جذب جفت الکترون پيوندي به سوي خود است. ● مقياس نسبي پاولينگ مقياس نسبي الکترونگاتيوي پاو ...

الکترونگاتيويته ، ميزان توانايي نسبي يک اتم در يک مولکول براي جذب جفت الکترون پيوندي به سوي خود است. ● مقياس نسبي پاولينگ مقياس نسبي الکترونگاتيوي پاو ...

چكيده تجارت الكترونيكي را مي توان انجام هرگونه امورتجاري بصورتon-line وازطريق اينترنت بيان كرد ، اين تكنيك در سالهاي اخير رشد بسياري داشته است .در آين ...

جهان امروز بر خلاف دنياي ديروز که تمام توجهش به صنايعي چون نفت و انرژي بود، به سمت فن آوري اطلاعات، مواد جديد، بيوتکنولوژي، نانوتکنولوژي و الکترونيک گ ...

● ميکروسکوپ هاي الکتروني(TEM و SEM) ۱) ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) ۱-۱) مقدمه ميکروسکوپ الکتروني عبوري از جمله ميکروسکوپ هاي الکتروني است که در آن ...

مندليف و لوتار ميردر موردخواص عنصرهاو ارتباط انها بررسي هاي دقيق تري انجام دادندودر سال ۱۸۶۹م به اين نتيجه رسيدند که خواص عنصرها تابعي تناوبي از جرم ا ...

دانلود نسخه PDF - الکترون